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二、

1.馬赫-曾德?tīng)枺∕-Z）干涉儀

       馬赫-曾德?tīng)枺∕-Z）干涉儀（Mach-ZehnderInterferometer）如圖4.1.3所示，一束相干光在O點(diǎn)被分光器分成兩束光，一束光被M1反射鏡反射，經(jīng)過(guò)折射率為n、長(zhǎng)度為d的試樣傳輸后，進(jìn)入合光器；而另一束光被M2反射鏡反射，也進(jìn)入合光器，在C點(diǎn)合光后的兩束光進(jìn)行干涉，然后干涉光進(jìn)入探測(cè)器。根據(jù)式（2.2.3），在C點(diǎn)的光場(chǎng)強(qiáng)度取決于OAC和OBC之間的光程差

 

由光程差決定的相位差為

式中，k是光在試樣中的傳輸常數(shù)或波數(shù)，n是試樣材料的折射率，d是試樣的長(zhǎng)度。當(dāng)兩臂間的相位差Δφ等于π時(shí)，兩束光在C點(diǎn)出現(xiàn)了相消干涉，探測(cè)器輸入光為零；當(dāng)兩臂的光程差為0或2π的倍數(shù)時(shí)，兩束光在C點(diǎn)相長(zhǎng)干涉，探測(cè)器輸入光為最大。電光效應(yīng)晶體試樣的折射率n可以通過(guò)施加在晶體上的電壓來(lái)改變，熱光效應(yīng)晶體試樣的長(zhǎng)度d可以通過(guò)加熱試樣來(lái)改變。

圖4.1.3馬赫-曾德?tīng)枺∕-Z）干涉儀

       該干涉儀由德國(guó)物理學(xué)家路德維希·曾德?tīng)枺↙udwigZehnder）首先于1891年提出構(gòu)想，次年路德維希·馬赫（Ludwig Mach）發(fā)表論文對(duì)這一構(gòu)想加以改進(jìn)，所以該儀器就以馬赫和曾德?tīng)柕拿置麨轳R赫-增德?tīng)枺∕-Z）干涉儀。馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x已被廣泛應(yīng)用于光通信中的光調(diào)制器中，也廣泛應(yīng)用在量子通信中。

       2.M-Z電光調(diào)制器

       最常用的幅度調(diào)制器是在LiNbO3晶體表面用鈦擴(kuò)散波導(dǎo)構(gòu)成的馬赫-曾德?tīng)枺∕-Z）干涉型調(diào)制器，如圖4.1.4所示。

       馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x可以用來(lái)觀測(cè)從同一光源發(fā)射的光束分裂成兩道準(zhǔn)直光束后，經(jīng)不同路徑與介質(zhì)傳輸后，產(chǎn)生的相對(duì)相移變化使這兩束光發(fā)生相長(zhǎng)干涉或相消干涉現(xiàn)象。

       馬赫-曾德?tīng)枺∕-Z）干涉型調(diào)制器使用兩個(gè)頻率相同但相位不同的偏振光波進(jìn)行干涉，外加電壓引入相位的變化可以轉(zhuǎn)換為幅度的變化。在圖4.1.4a表示的由兩個(gè)Y形波導(dǎo)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)中，在理想的情況下，輸入光功率在C點(diǎn)平均分配到兩個(gè)分支傳輸，在輸出端D干涉，所以該結(jié)構(gòu)扮演著一個(gè)干涉儀的作用，其輸出幅度與兩個(gè)分支光通道的相位差有 關(guān)。兩個(gè)理想的背對(duì)背相位調(diào)制器，在外電場(chǎng)的作用下，能夠改變兩個(gè)分支中待調(diào)制傳輸光的相位。由于加在兩個(gè)分支中的電場(chǎng)方向相反，如圖4.1.4a的右上方的截面圖所示，所以在兩個(gè)分支中的折射率和相位變化也相反，例如若在A分支中引入π/2的相位變化，那么在B分支則引入-π/2相位的變化，因此A、B分支將引入相位π的變化。

圖4.1.4 馬赫-曾德?tīng)柗日{(diào)制器

a）調(diào)制電壓施加在兩臂上 b）馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器電光響應(yīng) c）商用馬赫-曾德?tīng)栒{(diào)制器

       假如輸入光功率在C點(diǎn)平均分配到兩個(gè)分支傳輸，其幅度為A，在輸出端D的光場(chǎng)為

輸出功率與 成正比，所以由式（4.1.5）可知，當(dāng)φ=0時(shí)輸出功率最大，當(dāng)φ=π/2時(shí)，兩個(gè)分支中的光場(chǎng)相互抵消干涉，使輸出功率最小， 在理想的情況下為零。于是

由于外加電場(chǎng)控制著兩個(gè)分支中干涉波的相位差，所以外加電場(chǎng)也控制著輸出光的強(qiáng)度，雖然它們并不成線性關(guān)系。